一種無刷直流電動機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
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永磁直流無刷電機(jī)是近年來迅速成熟起來的一種新型機(jī)電一體化電機(jī)。該電機(jī)由定子、轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)子位置檢測元件霍爾傳感器等組成,由于沒有勵(lì)磁裝置,效率高、結(jié)構(gòu)簡單、工作特性優(yōu)良,而且具有體積更小、可靠性更高、控制更容易、應(yīng)用范圍更廣泛、制造維護(hù)更方便等優(yōu)點(diǎn),使無刷電機(jī)的研究具有重大意義。
本系統(tǒng)設(shè)計(jì)是利用調(diào)壓調(diào)速，根據(jù)調(diào)整供電PWM電源的占空比進(jìn)而調(diào)整電壓的方式實(shí)現(xiàn)。本設(shè)計(jì)采用無刷直流電機(jī)專用控制芯片MC33035，它能夠?qū)魻杺鞲衅鳈z測出的位置信號進(jìn)行譯碼,它本身更具備過流、過熱、欠壓、正反轉(zhuǎn)選擇等輔助功能,組成的系統(tǒng)所需外圍電路簡單，設(shè)計(jì)者不必因?yàn)椴捎梅至⒃M成龐大的模擬電路,使得系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、調(diào)試相當(dāng)復(fù)雜,而且要占用很大面積的電路板。
MC33035和MC33039這兩種集成芯片也可以方便地完成無刷直流電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)、運(yùn)轉(zhuǎn)起動以及動態(tài)制動、過流保護(hù)、三相驅(qū)動信號的產(chǎn)生、電動機(jī)轉(zhuǎn)速的簡易閉環(huán)控制等。利用專用集成芯片構(gòu)成的無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)，具有集成度高、速度快及完善的保護(hù)功能等特點(diǎn)。驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)簡單，因而整個(gè)線路外圍元件少、走線簡單，可大大減小逆變器體積。
2.系統(tǒng)原理
該閉環(huán)速度控制系統(tǒng)用三個(gè)霍爾集成電路作為轉(zhuǎn)子位置傳感器。用MC33035的8腳參考電壓（6.24V）作為它們的電源，霍爾集成電路輸出信號送至MC33035和MC33039。系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，MC33039的輸出經(jīng)低通濾波器平滑，引入MC33035的誤差放入器的反相輸入端，而轉(zhuǎn)速給定信號經(jīng)積分環(huán)節(jié)輸入MC33035的誤差放大器的同相輸入端，從而構(gòu)成系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制。
圖1系統(tǒng)控制原理
3.控制電路設(shè)計(jì)
MC33035的工作電源電壓范圍很寬，在10V-30V之間，芯片內(nèi)含有基準(zhǔn)電壓6.25V。MC33035內(nèi)部的轉(zhuǎn)子位置譯碼器主要用于監(jiān)控三個(gè)傳感器輸入,以便系統(tǒng)能夠正確提供高端和低端驅(qū)動輸入的正確時(shí)序。傳感器輸入可直接與集電極開路型霍爾效應(yīng)開關(guān)或者光電耦合器相連接。此外,該電路還內(nèi)含上拉電阻,其輸入與門限典型值為2.2V的TTL電平兼容。用MC33035系列產(chǎn)品控制的三相電機(jī)可在最常見的四種傳感器相位下工作。MC33035所提供的60°/120°選擇可使MC33035很方便地控制具有60°、120°、240°或300°的傳感器相位電機(jī)。其三個(gè)傳感器輸入有八種可能的輸入編碼組合,其中六種是有效的轉(zhuǎn)子位置,另外兩種編碼組合無效，通過六個(gè)有效輸入編碼可使譯碼器在使用60°電氣相位的窗口內(nèi)分辨出電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置。MC33035直流無刷電機(jī)控制器的正向/反向輸出可通過翻轉(zhuǎn)定子繞組上的電壓來改變電機(jī)轉(zhuǎn)向。當(dāng)輸入狀態(tài)改變時(shí),指定的傳感器輸入編碼將從高電平變?yōu)榈碗娖?從而改變整流時(shí)序,以使電機(jī)改變旋轉(zhuǎn)方向。電機(jī)通/斷控制可由輸出使能來實(shí)現(xiàn),當(dāng)該管腳開路時(shí),連接到正電源的內(nèi)置上拉電阻將會啟動頂部和底部驅(qū)動輸出時(shí)序。而當(dāng)該腳接地時(shí),頂端驅(qū)動輸出將關(guān)閉,并將底部驅(qū)動強(qiáng)制為低,從而使電動機(jī)停轉(zhuǎn)。MC33035中的誤差放大器、振蕩器、脈沖寬度調(diào)制、電流限制電路、片內(nèi)電壓參考、欠壓鎖定電路、驅(qū)動輸出電路以及熱關(guān)斷等電路的工作原理及操作方法與其它同類芯片的方法基本類似。MC33035外圍電路如圖2。
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